详解激光二极管的振荡波长和激光的形状

[导读]激光二极管包括单异质结(SH)、双异质结(DH)和量子阱(QW)激光二极管。量子阱激光二极管具有阈值电流低，输出功率高的优点，是市场应用的主流产品。

二极管" target="_blank">激光二极管包括单异质结(SH)、双异质结(DH)和量子阱(QW)激光二极管。量子阱激光二极管具有阈值电流低，输出功率高的优点，是市场应用的主流产品。同激光器相比，激光二极管具有效率高、体积小、寿命长的优点，但其输出功率小(一般小于2mW)，线性差、单色性不太好，使其在有线电视系统中的应用受到很大限制，不能传输多频道，高性能模拟信号。在双向光接收机的回传模块中，上行发射一般都采用量子阱激光二极管作为光源。

产生激光的三个条件是：实现粒子数反转、满足阈值条件和谐振条件。产生光的受激发射的首要条件是粒子数反转，在半导体中就是要把价带内的电子抽运到导带。为了获得粒子数反转，通常采用重掺杂的P型和N型材料构成PN结，这样，在外加电压作用下，在结区附近就出现了粒子数反转—在高费米能级EFC以下导带中贮存着电子，而在低费米能级EFV以上的价带中贮存着空穴。实现粒子数反转是产生激光的必要条件，但不是充分条件。要产生激光，还要有损耗极小的谐振腔，谐振腔的主要部分是两个互相平行的反射镜，激活物质所发出的受激辐射光在两个反射镜之间来回反射，不断引起新的受激辐射，使其不断被放大。只有受激辐射放大的增益大于激光器内的各种损耗，即满足一定的阈值条件：P1P2exp(2G - 2A) ≥ 1(P1、P2是两个反射镜的反射率，G是激活介质的增益系数，A是介质的损耗系数，exp为常数)，才能输出稳定的激光，另一方面，激光在谐振腔内来回反射，只有这些光束两两之间在输出端的相位差Δф =2qπ q=1、2、3、4。时，才能在输出端产生加强干涉，输出稳定激光。设谐振腔的长度为L，激活介质的折射率为N，则Δф=(2π/λ)2NL=4πN(Lf/c)=2qπ，上式可化为f=qc/2NL该式称为谐振条件，它表明谐振腔长度L和折射率N确定以后，只有某些特定频率的光才能形成光振荡，输出稳定的激光。这说明谐振腔对输出的激光有一定的选频作用。

半导体是导电性能介于导电的“导体”和不易导电的“绝缘体(非导体)”之间的物质。导体包括铁、金等金属物质，绝缘体包括橡胶、玻璃等物质。半导体可以通过使其导电或不导电来控制电流。另外，在某些使用方式下，还可以在光能和电能之间进行能量转换。

通常，二极管的元件主要由硅(Si)制成。硅(Si)是最典型的半导体材料。硅以“硅石(SiO2：主要成分是二氧化硅的石头”的形式存在于自然界中，是一种资源丰富的材料。因其易于加工而被广泛应用于很多半导体产品中。

硅(Si)作为半导体材料，本来是绝缘体，几乎没有作为载流子的自由电子。因此，通过向硅(Si)中添加其他杂质来提高硅(Si)中的载流子浓度，从而提高其电导率。像这样通过添加杂质来增加载流子的半导体被称为“杂质半导体”。载流子包括自由电子和自由空穴，其中使自由电子载流子增加的半导体称为“n型半导体”，使自由空穴载流子增加的半导体称为“p型半导体”。

* p型半导体(+：positive，空穴多的半导体)、n型半导体(-：negative，电子多的半导体)

二极管的元件是p型半导体和n型半导体连接的结构，称为“pn结”。p型半导体的引脚称为“阳极”，n型半导体的引脚称为“阴极”，电流是从阳极流向阴极的。

振荡波长 (λ)

振荡波长用符号λ表示，单位是nm(纳米)。

由有源层结晶材料具有的禁带宽度和芯片结构参数的共振器长度决定。

共振器长度存在很多候选振荡波长，但禁带宽度周围增益最大的波长发生振荡。

如果结区(有源层)温度上升，则共振器长度发生物理伸长或折射率变大，如果壳体温度及光输出增大，则振荡波长将变长。